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1、数字化制造过程管理技术（一）数字化制造过程管理技术（一）制造过程管理的体系结构20132013年年年年1111月月月月1111日日日日周建强 衢州学院机械工程学院机械工程导论课程衢州学院机械工程学院机械工程导论课程 制造过程管理的体系结构o制造过程管理的决策目标体系o制造企业的组织结构o制造过程管理的功能构成o数字化制造过程管理的空间优化理论o数字化制造过程管理的时间优化理论1.制造过程管理的决策目标体系o制造过程管理是一个产品全生命周期管理：产品规划分析，产品研制开发（计划），产品设计过程管理，产品生产计划，产品生产过程管理（采购、加工、处理、装配），产品销售管理（出厂、销售、配送），产品售
2、后服务，产品“退役”回收。决策目标。o制造过程管理决策目标：T，Q， C， S，E。T（时间）（时间）Q（质量）（质量）C（成本）（成本）S（服务）（服务）E（环境）（环境）应变能力应变能力竞争能力竞争能力制造过程管理的决策目标体系o时间 T：产品设计和生产过程变化的反应；生产率 80 83 868992 95 98 01 0 04 072时间时间46810平均产品寿命平均产品寿命 TL平均开发时间平均开发时间 TDTD TL年数年数时间作为竞争的决定性因素时间作为竞争的决定性因素（产品生命周期缩短产品生命周期缩短）制造过程管理的决策目标体系o质量 Q：产品设计（市场接受），产品制造，服务质量
3、。现代质量的定义o对不同类型或技术的产品有不同要求：高、中、低。o不同时期对同类产品要求也不同：独占，竞争；上市初，成熟后。o客户素质、经济承受力：不同人群和文化的要求。制造过程管理的决策目标体系客客户户满满意意程程度度欣喜欣喜一般一般失望失望精心服务精心服务使客户意外满足使客户意外满足尽力满足尽力满足基本基本标准标准漫不经心漫不经心经经 营营 特特 色色 质量是客户定义的 无投诉 客户满意符合标准符合标准制造过程管理的决策目标体系o成本 C：制造系统的成本：装备与设施，材料，劳动力，能源，维护与培训，投资（银行还贷、利息），经常性（商务、宣传、管理、分摊）等。假设假设： 5 年的产品寿命年的
4、产品寿命; 20%的市场增长率的市场增长率; 每年每年 2% 的价格降低。的价格降低。利润减少利润减少4 %4 %22 %33 %原因原因 开发成本开发成本 增加增加 50% 制造成本制造成本 增加增加 10%产品上市（广告）产品上市（广告） 延迟延迟6个月个月制造过程管理的决策目标体系推推l卖方市场拉拉需求需求生产企业生产企业l买方市场两种计算方法制造过程管理的决策目标体系o服务 S：使顾客完全满意。以产品为中心以产品为中心以顾客为中心以顾客为中心以市场为中心以市场为中心“中心”的变化 由生产者主导的大规模生产和消费 由消费者引导的注重个性化的生产和消费制造过程管理的决策目标体系o环境 E：
5、1.可持续性发展公式：E=10-6PWI；E对环境影响，对环境影响，P污染（以百万人计），污染（以百万人计），W人均消费人均消费 美元美元/人，人，I单位消单位消费引起的环境损害（污染度）。费引起的环境损害（污染度）。2.绿色设计与绿色制造：ISO14000国际环境管理认证体系；绿色环保标志：冰箱、汽车、空调等。2.制造企业的组织结构o组织结构：纵生产、营销、技术、人事、财务；层决策、管理、作业。o输出输入模型：物流、信息流、价值流（资金流）、员工流（人流）。制造企业的组织模型制造企业的组织结构o组织结构类型：职能型、事业部制、矩阵型和多维立体型。销售部门销售部门技术部门技术部门制造部门制造部
6、门职能型组织结构职能型组织结构职能型组织结构职能型组织结构 面向功能的组织结构面向功能的组织结构面向功能的组织结构面向功能的组织结构总经理总经理生生产产计计划划加加工工质质量量控控制制设设计计规规划划产产品品设设计计生生产产工工艺艺广广告告宣宣传传销销售售制造企业的组织结构TeamworkTeamworkTeamwork事业部事业部1事业部事业部2事业部事业部3上层主管上层主管事业部制组织结构事业部制组织结构事业部制组织结构事业部制组织结构 面向分权的组织结构面向分权的组织结构面向分权的组织结构面向分权的组织结构o事业部制：决策集中，分散经营。制造企业的组织结构o矩阵型：职能部门与产品（项目或
7、服务）结合的（规划目标）组织结构。矩阵型组织结构矩阵型组织结构矩阵型组织结构矩阵型组织结构面向过程的组织结构面向过程的组织结构面向过程的组织结构面向过程的组织结构产品（项目）小组产品（项目）小组A产品（项目）小组产品（项目）小组M产品（项目）小组产品（项目）小组N产品（项目）小组产品（项目）小组B 职能部职能部1 职能部职能部2 职能部职能部m 职能部职能部n.B1 B2高层主管高层主管制造企业的组织结构o多维立体型：（超事业部）1.按产品（项目或服务）划分事业部产品利润中心。2.按职能（市场研究、生产、技术、质量分析）划分专业参谋结构职能利润中心。（研究院、企业规划院）3.按地区划分管理机构
8、地区利润中心。o案例：青岛海尔集团1.成立1984年，采用了直线职能型的组织结构。2.90年代，多元化和兼并扩张，改用矩阵型结构，迅速推进新项目。3.而后，改成事业部制。4.进入2000年后，建立了超事业部制（本部事业部总地区；冰箱事业部、空调事业部产品利润中心；设计院/研究院职能利润中心）5.各地建立销售部门和管理机构地区利润中心。3.制造过程管理的功能构成o主要功能系统：1.产品设计过程管理：产品规划分析，产品研制开发（计划），产品设计过程管理等。典型系统有：产品数据管理（PDM）产品全生命周期管理（PLM）；知识管理（KM）；产品协同设计管理等。2.生产制造过程管理：生产计划与控制，生产
9、物流管理，生产制造过程管理，制造过程质量控制等。典型系统有：制造资源管理/企业资源计划（MRP/ERP）；制造执行管理系统(MES)等。3.企业间的制造过程管理：供应链管理系统（SCM），客户关系管理系统（CRM），电子商务/协同产品商务（EC/CPC）等。4.制造过程管理的典型模式：大规模定制；敏捷制造与虚拟企业；计算机集成制造，网络化制造等。o支撑系统：1. 计算机网络； 2. 数据库系统； 3. 底层自动化和柔性制造系统 4. 制造过程管理的空间优化理论o制造过程管理的空间优化理论主要是关于系统的结构分析、设计和优化方面的理论。优化问题系统集成基于相似性的系统优化有序化或条理化相似性简化
10、系统系统方案设计优化制造系统理论创新典型系统或问题CIMS分形企业对零件的合理分类成组技术对供应商、客户的评价制造系统创新理论基础系统论分形几何学模式识别理论方法相似理论层次分析法仿生学制造过程管理的空间优化理论空间优化理论基础：o系统论：系统集成化的理论基础；o分形几何理论：分形企业的理论基础；o模式识别理论：先进制造系统有序化，合理化；o相似理论：成组技术的的理论基础；o层次分析法：制造系统方案设计与优化；o仿生学：先进制造系统理论创新的重要源泉。制造过程管理的空间优化理论-系统论o系统论：System Approach 直译为系统方法。系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作
11、一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性。o系统论方法：1.整体性和综合化原则：任何系统的整体功能ET，等于各部分功能的总和E1，加上各部一分相互联系形成结构产生的功能ER，ET E1 ER。2.联系性原则：系统与外部环境的联系和制约；系统内部各元素之间的相互联系和制约。系统的结构决定系统的功能。功能是系统在一定环境下所能发挥的作用，不同的结构可以发生不同的功能。3.动态性原则：系统具有开放性，随环境的变化而发生变化。4.最优化原则：系统论的出发点和最终目的。模型。模型。o系统论趋势和特点：系统论与控制论、信息论，运筹学、系统工程、电子计算机和现代通讯技
12、术相互渗透、紧密结合；系统论、控制论、信息论， “三归一” ，系统论是其它两论的基础。系统科学：工程技术（包括系统工程、自动化技术和通讯技术），技术科学（包括运筹学、控制论、巨系统理论、信息论），基础科学（系统学）。制造过程管理的空间优化理论-模式识别o制造系统分类：制造系统分类对象有产品、零件、过程、信息、知识等样本。o样本的特征选择：特征提取和数据压缩分类编码（特征码位选择：样本统计、特征间相关性分析特征关系函数、人工判别），特征码全重选择。o模式识别理论与方法：聚类分析方法1.递阶聚类法：计算各零件问题的距离函数或相似系数，根据距离大小或相似程度递阶归类，直到所有零件归为某一类。从而可根
13、据零件相似水平或零件组数求得不同聚类结果。2.动态聚类法：将几个样本先粗糙地分成若干类，利用最优准则（k均算法、迭代算法、动态最优聚类搜索技术、多点中心动态聚类法等）进行调整，直至不能调整为止。o模式分类器设计：感知器、半线性前馈网络、矩阵联想存储器、句法模式分类器以及学习算法组成。略。o整个这章内容将在设计过程管理中结合例子详细介绍。制造过程管理的空间优化理论-相似理论o相似理论：在性质完全不同的系统中，相同的结构可以带来相同或相似功能的系统。o成组技术：通过识别并利用产品和制造过程中的相似信息，将企业生产的多种产品、部件、零件，按照一定的相似性准则分类成组，并以这些组为基础，组织生产的各个
14、环节，实现多品种、单件小批量生产过程的合理化和科学化。成组技术：成组设计、成组工艺、成组工装、成组加工等。制造过程管理的空间优化理论-层次分析o层次分析法：将复杂问题分解成各组成因素，并按支配关系分组以形成有序的递阶层次结构，通过两两比较判断的方式确定每一层次中因数的相对重要性，在层次结构内进行合并，得出重要性的总顺序。o层次分析法应用案例有供应链管理（SCM）中供应商评价、客户关系管理（CRM）中对重要客户识别、作业排序对参数的选择等。o层次分析的基本方法：略，将在制造系统的建摸方法详细介绍。一个制造系统优化的层次模型一个制造系统优化的层次模型5. 制造过程管理的时间优化理论o制造过程管理的
15、时间优化理论主要是关于系统的运行、控制优化方面的理论。优化问题企业信息流优化系统信息流控制优化企业合作与共生企业成长过程优化系统建模与分析系统运作结构化典型系统或问题减少信息传递层次单元制造系统的局部负反馈回路敏捷制造协同制造网络化制造系统发展中的正反馈机制系统稳态分析和可控性分析分配、库存、排序、对策等理论基础信息论控制论协同论博弈论耗散结构理论系统建模理论方法运筹学制造过程管理的时间优化理论时间优化理论基础：o信息论：企业信息流优化；o控制论：制造系统信息流控制优化；o耗散结构理论：企业成长过程优化；o协同论、博弈论：企业间制造系统合作与共生；o系统建模理论方法：制造系统动态建模与分析；o
16、运筹学：制造系统运作结构化问题的优化。制造过程管理的时间优化理论-信息论o信息论：应用数理统计方法研究信息处理和信息传递的科学。信息科学：现在延伸到研究一切问题。o信息论模型：o信息量：可以用概率来度量信息：H（x）=- P（xi）log2 P（xi） Xi 代表第代表第 i个状态， P（xi）代表第i个状态的概率， H（x）消除不确定因素的信息量。o信息传递：略，今后通过讲供应链管理再详细描述。制造过程管理的时间优化理论-耗散结构o耗散结构理论：一个远离平衡的开放系统，在外部条件变化达到某一特定阈值时，系统通过与外界能量、物质交换，可从原无序状态（要素间的非线性机制）转变成时间、空间或功能的稳定有序结构耗散结构。o网络化制造系统：网络化制造系统是开放系统，平衡中追求有序（正反馈机制），环境（上网企业数量阈值）。网络化制造系统发展中的正反馈机制
